生体吸収性金属材料の有効性・安全性リスク評価のための分解特性評価手法の開発
| Project/Area Number |
23K25242
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| Project/Area Number (Other) |
22H03988 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90140:Medical technology assessment-related
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
山本 玲子 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 高分子・バイオ材料研究センター, 上席研究員 (20343882)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
今井 啓道 東北大学, 医学系研究科, 教授 (80323012)
清水 良央 東北大学, 医学系研究科, 大学院非常勤講師 (30302152)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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| Keywords | 生体内分解性材料 / 生物学的安全性 / リスク評価 / レギュラトリーサイエンス / 生体吸収性金属材料 / 疑似組織 / 物質拡散 |
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| Outline of Research at the Start |
生体内で分解・消失する金属材料としてMgやZn、Feの合金の医療応用が期待されている。これらの材料による治療の成否には、患者体内における分解速度が大きな影響を及ぼす。よって、臨床使用時のリスク低減には分解特性の適切な評価が重要であるが、動物を用いた評価法には限界がある。そこで、体内における分解速度に大きな影響を及ぼす因子として組織中血流量（拡散速度）と異物反応を想定し、これらを考慮したin vitro評価法を開発する。具体的には、1)疑似組織中の生体高分子濃度制御による血流量の模擬、2)免疫細胞の活性化状態制御による炎症反応の再現、により、腐食挙動に及ぼす影響を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体内で分解・消失する金属材料として、マグネシウムや亜鉛、鉄の合金の医療応用が期待されている。これら生体吸収性金属材料による治療の成否には、患者体内における分解（腐食）速度が大きな影響を及ぼす。よって、臨床使用時のリスク低減には、材料の腐食特性の適切な評価が重要である。そこで、臨床使用における生体吸収性金属材料の分解（腐食）に影響する主たる要因として血流量と異物反応を想定し、これらの因子を考慮したin vitro評価法を開発する。
本年度は、疑似組織中でのマグネシウム合金試料の腐食挙動モニタリング法として、インピーダンス測定の適用を検討した。インピーダンス測定では、測定時に試料に流れる電流量が微小であり、そのため試料の損傷がほとんどなく、同一試料について経時測定が可能である点が優れている。金属材料の腐食特性評価としては溶液中あるいは湿潤大気中での測定例が多いが、本研究では疑似体液に増粘剤を添加した疑似組織を用い、体内と同じ5%CO2環境下にて測定を実施した。その結果、疑似組織中でも疑似体液中と同様の腐食挙動を示すこと、また増粘剤の添加により疑似組織中の物質拡散が低下すると、試料の腐食が促進されることが判明した。この傾向は、in vivo埋植試験結果（血流量の小さい組織の方が埋植試料の腐食量が多かった）と一致した。以上から、マグネシウム合金試料の体内における腐食特性評価法として、疑似組織の使用ならびにインピーダンス測定の有用性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
マグネシウム合金試料の疑似組織中インピーダンス測定に成功し、疑似体液中と同様に同一試料について腐食挙動の経時的モニタリングが可能となった。さらに、これまでの疑似組織中浸漬試験結果と同様に、増粘剤濃度の増加による腐食の促進を確認した。インピーダンス測定は、次年度以降に予定している異物性炎症反応を模擬した評価法にも適用予定である。研究計画遂行において鍵となる手法であり、おおむね順調に進捗していると判断する。
また、開発した疑似組織は、増粘剤として添加した生体高分子がネットワークを形成し、組織中の物質拡散を阻害することにより拡散速度を制御している。体内では、この受動的な物質拡散に加え、毛細血管中の血流による能動的物質拡散が共存する。しかし、体内では血流量の経時的な変化もあり、また血流は一部の組織中に留まらず全身に及ぶため、埋植されたMg合金試料の腐食に及ぼす影響を定量的に評価することは困難である。開発した疑似組織を用いることにより、血流（物質拡散）と腐食量の関係を明らかにできることは非常に有意義であり、体内における金属材料の腐食挙動の理解と評価法開発に有用である。
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| Strategy for Future Research Activity |
体内へのインプラント材の埋植時には、必ず異物性の炎症反応が生じる。この強度がインプラント材の腐食・分解挙動に影響を及ぼす可能性があるが、詳細は検討されていない。免疫系細胞と特殊な培養条件を用いることにより、炎症反応の再現を試みると同時に、インピーダンス測定と組み合わせて材料の腐食挙動に及ぼす影響を明らかにすることを目指す。
血流量や異物性炎症反応の強さには当然患者ごとの個人差があり、生体内環境として一様な条件が定められるものではない。そのため、これら変動因子を変化させ、それに対する材料の反応を定量的にとらえることで、臨床使用時のリスクやそれに対する対処法、あるいは医療デバイスに対して最適な材料の選定に資することが期待される。
将来的には、新しいインプラントデバイスの開発過程において、材料の体内腐食挙動を推定するためのin vivo埋植試験の代替手法としての適用も視野に入れ、簡便かつ汎用化のための測定条件の明確化も検討する。
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
